시간 해결 결정학

Time resolved crystallography
단기물리학 및 시간해결 크리스탈로그래피 측정을 위한 펌프프로브 기법

시간 분해 결정학은 X선 결정화 영상을 활용하여 4차원(x, y, z, 시간)의 반응을 시각화한다.이것은 예를 들어 효소가 촉매변환 동안 발생하는 역동적인 변화에 대한 연구를 가능하게 한다.시간 치수는 X선 노출에 앞서 결정에서 관심의 반응을 촉발한 다음 다른 시간 지연에서 회절 패턴을 수집함으로써 통합된다.이러한 고분자의 동적 특성을 연구하려면 세 가지 기준을 충족해야 한다.[1]

  • 고분자는 결정체 상태에서 생물학적으로 활동해야 한다.
  • 수정에서 반응을 유발할 수 있어야 한다.
  • 관심의 중간은 검출할 수 있어야 한다. 즉, 결정에서 상당한 양의 농도를 가져야 한다(특히 25% 이상).

이로 인해 펌프프로브법과 확산트래핑법이라는 두 그룹으로 나눌 수 있는 여러 기법이 개발되었다.

펌프프로브

펌프 프로브 방법에서는 먼저 광분해(대부분 레이저 광)에 의해 반응이 촉발(펌프)된 다음 특정한 시간 지연에서 X선 펄스(프로브)에 의해 회절 패턴을 수집한다.이를 통해 반응 트리거 후 서로 다른 시간 지연에서 많은 영상을 얻을 수 있으며, 따라서 반응 중 이벤트를 설명하는 일련의 영상을 연대순으로 작성할 수 있다.합리적인 신호 대 잡음 비를 얻기 위해 이 펌프-프로베 사이클은 결정의 각 공간 회전에 대해 여러 번, 그리고 동일한 시간 지연에 대해 여러 번 수행되어야 한다.따라서 펌프프로브를 사용하여 연구하고자 하는 반응은 트리거 후 원래 순응으로 되돌릴 수 있어야 하며, 동일한 샘플에서 많은 측정이 가능해야 한다.관측된 현상의 시간 분해능은 프로빙 펄스의 시간 폭(반 최대값의 전폭)에 의해 결정된다.그것보다 더 빠른 시간 척도로 발생하는 모든 프로세스는 샘플의 실제 X선 반사율의 강도에 맞춰 프로브 펄스 강도의 콘볼루션에 의해 평균화된다.

확산 트래핑

확산트래핑 방법은 확산 기법을 활용하여 기판을 결정 안으로 들여오고, 이후 다른 트래핑 기법을 적용하여 관심의 중간을 회절 패턴을 수집하기 전에 결정으로 축적한다.이러한 트래핑 방법은 회전 속도를 늦추거나 특정 단계에서 반응을 완전히 멈추기 위해 pH의 변화,[2] 억제제[3] 사용 또는 온도 저하를 수반할 수 있다.반응을 시작한 다음 플래시를 터뜨려 [4]특정 시간 단계에서 이를 잠재우는 것도 가능한 방법이다.확산트랩 방식의 한 가지 단점은 갇힐 수 있는 중간자 연구에만 사용할 수 있어 펌프-프로베 방법과 비교해 방법을 통해 얻을 수 있는 시간 분해능이 제한된다는 점이다.

참고 항목

참조

  1. ^ Hajdu, J; Neutze, R; Sjögren, T; Edman, K; Szöke, A; Wilmouth, RC; Wilmot, CM (2000). "Analyzing protein functions in four dimensions". Nature Structural Biology. 7 (11): 1006–12. doi:10.1038/80911. PMID 11062553. S2CID 2264560.
  2. ^ Yamashita, Atsuko; Endo, Masaharu; Higashi, Tsuneyuki; Nakatsu, Toru; Yamada, Yasuyuki; Oda, Jun'Ichi; Kato, Hiroaki (2003). "Capturing Enzyme Structure Prior to Reaction Initiation: Tropinone Reductase-II−Substrate Complexes‡". Biochemistry. 42 (19): 5566–73. doi:10.1021/bi0272712. PMID 12741812.
  3. ^ Miller, MT; Bachmann, BO; Townsend, CA; Rosenzweig, AC (2002). "The catalytic cycle of β-lactam synthetase observed by x-ray crystallographic snapshots". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (23): 14752–7. Bibcode:2002PNAS...9914752M. doi:10.1073/pnas.232361199. PMC 137491. PMID 12409610.
  4. ^ Fiedler, E.; Thorell, S; Sandalova, T; Golbik, R; König, S; Schneider, G (2002). "Snapshot of a key intermediate in enzymatic thiamin catalysis: Crystal structure of the α-carbanion of (α,β-dihydroxyethyl)-thiamin diphosphate in the active site of transketolase from Saccharomyces cerevisiae". Proceedings of the National Academy of Sciences. 99 (2): 591–5. Bibcode:2002PNAS...99..591F. doi:10.1073/pnas.022510999. PMC 117350. PMID 11773632.